【《挖掘机液压系统设计》14000字（论文）】

––1绪论1.1课题背景及研究意义我国目前的国情还处在发展中国家的队列中，在地域广阔的国土上正席飞速发展着中国特色的经济建设，形形色色的建筑施工机械就在工程建设中得到应用，就在这当中液压型挖掘机表现出不可代替的作用。由此可见：土石方施工机械的开发跟随着我国经济建的如日方升，我国施工机械由原来的使用量正在翻倍的增长，开发技术也有了质的飞跃自1997年以来，我国挖掘机潜在市场步入到了捷速发展时期的关键时期。截止2001年，挖掘机的生产率增长了55%和销售率扩大了56%，截至2002年9月初，全国已售出超过13000多台液压挖掘机，远超于2001全年的销量总和[1]。2003年，中国销售了18000多台液压挖掘机。挖掘机是整个工程机械行业发展最快的机械之一，在过去的西部大开发和南水北调重大典型工程的出现，为挖掘机制造企业创造了许许多多优质的创业机遇。本着充分调动我国国民生产经济和社会经济基础的发展的责任，尽最大速度为国内生产方供给物美价廉的液压型挖掘机。小型液压挖掘机长期依赖进口的模式正在逐渐改变，助力我国脱离核心技术卡脖子的问题的解决成为摆在面前的问题。越来越多的工程师和研究人员致力于液压装置的设计和调试，他们设计了许多先进的液压传动系统和液压传动系统。表现良好；然而，由于设计或参数调整的错误，系统往往不能满足所有要求或不能正常工作。如何设计一个安全、可靠、简单、性能好、成本低、效率高、易于维护和使用的小型液压传动系统，是一个长期研究的课题。要求是明确的，小型反铲的液压驱动系统如下所述。希望本设计能对所有从事液压传动的专业技术人员有所帮助。1.2国内外研究及发展小型液压挖掘机是小型施工机械中的代表性作业机械，由于施工场地狭小，日本于1970年开发并销售了小型液压挖掘机，以适应国内市场，从1970年到1976年，小型液压挖掘机的吨位一般在2.6-4.5吨，1985年开始在城市、居民区等狭窄区域增加实用反铲，1986年几乎所有小型液压挖掘机都采用这种小型旋转结构，1983年，小型橡胶履带式液压挖掘机问世，1988年小型变履带式液压挖掘机已经上市，由于小型液压挖掘机的工作设备种类繁多，工作设备的多样性为各种施工提供了方便。研制了一种小型液压挖掘机直喷式电机，同时工作装置的工作方式由四杆变为两杆，三泵液压系统带动挖掘机行走、挖掘机掘进、作业和推土。小型挖掘机行走机构的轮型也在不断增加，与履带式相比，轮胎型虽然功能稍差，但在软土地区的通行能力较好，随着城市建设项目的增加，这种小型液压挖掘机的优点是在施工过程中不会损坏道路。从我国目前的挖掘机行业的发展来看，我国小型挖掘机的制造水平与发达国家相比还有一定的技术空缺，而在这方面液压系统的设计更是落后于德国和日本，虽说国内一些工程机械制造企业对挖掘机液压系统设计有一定的技术沉淀，但由于使用效果、质量等方面的原因。传统意义上的液压挖掘机已经不能满足我国市场的需求，于是在这市场中国外的企业就将其中挖掘机占有的份额快速蚕食。挖掘机液压系统的核心科技部位被国外大型科研技术企业垄断，国内企业对挖掘机液压系统核心技术的掌握还在滞留不前。国内制造企业还不能独立完成物美价廉的挖掘机液压系统的设计，在国内销售的液压挖掘机基本来自发达国家的进口，以5-15吨小中型液压挖掘机为代表，国产5-15吨位的挖掘机几乎还在使用欧洲技术上世纪八十年代的落后技术。与日本小松、大宇、日立、现代等，与进入90年代批量生产的小挖掘机来看，主要优势在于柴油机功率相对较低、使用油耗较小。于是就出现了工作实际与理论自相矛盾的设计缺陷，各项性能参数低，整机的性能和运行效率低于国外。1.3课题研究的主要内容本次设计对相关材料调研，在综合国内和国外小型挖掘机的基础上，以综合性、有效性、实用性和可靠性为前提，进一步改善液压挖掘机的各种工况下的性能。本设计所设计的挖掘机液压装置是依据液压手册和机械手册查询后得到的重要参数，是工程建设当中不可缺少的工程机械，用于处理狭小地段施工和一些装载量较小的场合进行施工。本次课题的主要内容包括：（1）通过对相关的液压方面知识的学习，经过查询和学习一些液压相关手册，对液压挖掘机进行分析，找的合适的方法设计出工作可靠，挖掘机液压系统结构简单，维护方便，具体工作包括：液压挖掘机设计研究，结合现有挖掘机的优缺点和使用范围，从而选择出适合该小型挖掘机，通过进行比对，选择适合本次设计的小型挖掘机。（2）在细致总结挖掘机工作装置的循环作业过程后、总结了挖掘机多种工作状况下不同的液压缸的作用，并在此基础上建立了合理的挖掘机液压回路方案，对各液压缸进行计算。（3）对工作装置进行了方案的设计，同时在SolidWorks软件中绘制出各个设备的零件图，整体装配图。（4）在液压系统仿真软件FluidSim4.2.绘制液压回路图，对挖掘机液压回路进行仿真分析，并在FluidSim4.2中导出本系统的液压回路CAD图。2液压挖掘机结构与工作原理2.1液压挖掘机整机性能液压挖掘机功能系统包括：动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。挖掘机系统是一个复合系统不能片面考虑单个系统的作用，要把系统联系到一起考虑，再分析性能是否能满足。(1)动力系统液压挖掘机经常出现在温度变化剧烈、扬尘多，承载变化范围较广的场合，挖掘机经常倾斜作业，维修保养间隔时间久，由于所需要的驱动力比一般机械的大，所以动力部分一般需要柴油发动机提供充足动力。发动机要运行可靠、功率特性曲线将会表现得刚度大、相较于汽油机燃油经济性普遍较好。为了在恶劣工作环境与负载变动较大的要求下工作，挖掘机额定负载量与卡车的负载模型有相似之处，与拖拉机的负载方式不一致。(2)机械系统构成液压挖掘机的机械系统简而言之就是一种完成挖掘、行走、转向这些基本,主要由以下几点组成:行走设备是整台挖掘机最重要的支持部分。在承载整个挖掘机重量与对工作设备的相互摩擦力与反作用力同时,可以促进挖掘机运转在一定的短距离内。回转机构指的是一台挖掘机沿着回转中心线进行360度旋转。其中包含了驱动设备和回转式支架，工作装置是挖掘机进行实际工作的主要部件。常用于反铲、装载、提升等装置，同一装置可以有多种结构形式。上述反铲装置使用最广泛。(3)液压系统柴油发动机驱动两台液压变量泵将带有压力的液压油供给到阀体，由挖掘机司机控制。压力油经过管路输送至液压马达和液压油缸。挖掘机要完成：铲斗的挖土、斗杆的收放、动臂的俯仰、回转台的旋转和行走马达的运转等。都是经过压力油的做功，根据这些要求设计出最基本的液压系统。根据这套系统把柴油发动机的化学能转化成带有压力的压力能，再经过执行元器件的转化变为机械能。然后将机械能，然后将这些机械能直接传递到油缸、柴油机等,转化成其他的机械动力学,液压系统的制造对于挖掘机的工作性能也有着重要而决定性的影响。挖掘机在各个部位的性能随着系统的设计而有所差别。液压控制系统通常根据其数量分别进行各种油泵、功率调整方式及各个回路次数。(4)控制系统液压式挖掘机的控制传动系统主要是随着我国现代信息电子技术和互联网以及计算机科学技术的进步和飞速发展,对于电机、液压泵、多路控制阀及其液压缸、液压马达而采用的一种控制传动系统。挖掘机已经开始具备越来越先进的工业自动化管理控制系统,这也就使得挖掘机研究方向正在向智能化方向发展。2.2液压挖掘机结构(1)液压挖掘机组成为了能够实现挖掘机挖掘作业的基本功能，液压挖掘机需要两个基础部分配合实现：即挖掘机主体构件和工作装置。要有操纵系统以及辅助设备设置在回转台的上方。通过旋转支架与行走机构（也称为下部）相连，平台可在上面顺时针与逆时针全方位旋转。根据挖掘机工作工作地作业性质的多样性，铲斗可进行改装，可用于正铲、反铲、起重、钻孔、找平、打桩等作业。挖掘机的结构直接影响到整体的性能。(2)液压挖掘机简述首先，液压挖掘在行走液压马达的带动下的带动下进入工作面，运输车开始移动到指定位置后，停在挖掘机侧面或后部，挖掘机司机拉动控制手柄，连接液压马达控制阀。在液压马达的旋转带动下带动上平台进行旋转，工作装置在上平台的带动下缓慢转向需要挖掘的现场。此时在手柄的操作下动臂油缸换向阀处于连通状态，使液压油流向动臂油缸有杆腔，动臂缓慢下降，直到铲斗与地面相接触。驾驶员操纵让斗杆与铲斗联合运动以达到操作的目的。司机配合加速作业，进行联合挖掘,铲斗挖掘装满土后司机将换向阀回归中位,锁止铲斗和铲斗油缸不再发生旋转。再控制动臂换向阀,将液压油输送到动臂两个同步缸,在动臂的旋转下铲斗开始向上移动把土提升到工作台以上。然后操作回转机构的换向阀,使上下平台产生旋转,将铲斗平移到渣土车的车厢上方,然后使铲斗反铲向上翘。操作铲斗时将油缸移至适宜高度进行卸载。土方工程施工完成后,翻转一个平台并降下移动臂。铲斗再次返回到作业位置，下次循环开始。(3)单斗反铲液压挖掘机反铲主要在停机作业面以下开挖，反铲挖掘机的斗容一般是小于1.6立方米的中小型液压式挖掘机。挖掘机通常采用鹅颈臂整体结构的反铲装置，一般工况不会有太大变动。这种鹅颈臂具有结构简单、低成本优势。它与组合臂具有相同的刚度和重量，是液压挖掘机工作设备中最广泛使用的结构形式，通常采用铰接反铲的结构。2.3液压挖掘机的工作循环过程利用三组液压气缸,使得工作设备具有三个独立的自由度。铲斗能够在一定范围内进行有限度的平面转移。此外,液压马达旋转式运动也能将铲斗的移位扩大到有限空间。然后由行走电机的移动带来运动,使得开挖空间能够沿着水的移动方向进行间歇性扩展,以满足开挖的要求。操纵动臂液压杆7收缩，使动臂2下降，同时收缩斗杆液压杆9，使斗杆3外伸到预先设定的挖掘半径处。并使铲斗外转到挖掘机准备状态。如果此时发现挖掘半径不合适。应使整机向前或向后移动，直到铲斗4落到预定的挖掘位置为止，此时即可开始挖掘。斗杆液压缸10向外伸展，使斗杆3带动铲斗4向下做挖掘动作。为了达到预定的挖掘深度，动臂液压缸8可配合收缩。为了调整到最佳的切削角度，铲斗液压缸8也适当外伸。斗杆液杆7继续外伸，铲斗4将要完成装货时，铲斗液压缸8继续向外伸展。使物料装满铲斗、当铲斗开口基本水平时提升动臂使整个工作装置上升，铲斗4离开地面即可回转平台1，并继续调整动臂2和斗杆液压缸10，使工作装置回转到卸载区或运载车辆上方。在调整卸载高度后，即可收缩铲斗液压缸8，使物料在自重的作用下落到运载车辆上或卸载区。铲斗卸载后，要及时把平台回转到下一个挖掘工位，同时要把动臂8一般是下降、斗杆3外伸和铲斗4外转调节适当后一个循环结束，紧接着下一个周期动作。当在一个工位作业到一定程度时，就要通过行走调整停机位置，以免距离物料较远面影响挖掘机因为作业范围不够而影响作业效率，工位一般是往后退。当挖掘机再次就位时，下一个作业阶段即开始如图2-1。2-1挖掘机工作装置2.4液压挖掘机工作装置三维建模挖掘机的主要结构部件可简化为履带、下车、上车、动臂、斗杆、铲斗、连杆、各油缸缸体及活塞杆，整车结构所示。本次建模的基本准则:挖掘机工作装置建模尽量细化，包括动臂、斗杆、铲斗内部需详细建模。除工作装置以外的部件，在建模时则尽量简化，仅勾画出大体的外部形状，对于内部细小部件没有详细绘制。2.4.1铲斗的建模1新建一个零件图文件，按所需要的尺寸即可完成草图的画布和绘制,如图2-2所示。2在特征工具栏中找到拉伸凸台/基体工具按图示尺寸完成拉伸实体。3在所得实体的基础上按所需尺寸新建草图后再次执行拉伸凸台/基体命令拉伸出所需的实体。4单击特征工具栏中的镜像工具对实体镜像。5单击特征工具栏中的圆角命令对铲斗图示边角进行圆角处理。6单击特征工具栏中的抽壳命令，按图示斜面进行抽壳。7在铲斗底部新建斗齿的草图对其进行拉伸处理。8在所得斗齿拉伸体的基础上再新建草图并在所得草图的基础上执行拉伸切除命令。9在特征工具栏中找到缩放比例放大后最终得到铲斗的三维模型。2-2铲斗的建模2.4.2斗杆的建模1新建一个零件图文件，按所需要的尺寸即可完成草图的画布和绘制,如图2-3所示。2单击特征工具栏中拉伸凸台/基体工具按图示尺寸完成拉伸实体。3在所得拉伸体的基础上再新建草图并在所得草图的基础上执行拉伸切除命令。4在实体表面新建的草图对其进行拉伸处理。5新建草图并在此基础上使用旋转凸台/基体工具得到旋转体。6在特征工具栏中找到缩放比例放大后最终得到斗杆的三维模型如图2-3。2-3斗杆的建模2.4.3动臂的建模1新建一个零件图文件。按所需要的尺寸即可完成草图的画布和绘制,并按所需的尺寸拉伸实体如图2-4所示。2在所得拉伸体的基础上再新建草图并在所得草图的基础将动臂两头的加厚部分拉伸。3在草图的基础上采用旋转命令得到与液压缸相接的凸台部分。4新建草图在实体上拉伸液压缸相接部分。5拉伸体的基础上新建草图并执行拉伸切除命令。6拉伸体的基础上新建草图并执行拉伸出油管的固定部分。7新建路径草图和油管截面形状的草图执行扫描命令绘制出两侧油管。8再次执行上一步的命令绘制出中间两根油管。9在特征工具栏中找到缩放比例放大后最终得到动臂的三维模型如图2-4。2-4动臂的建模2.5本章小结本章首先简述了液压挖掘机动力系统、机械系统、液压系统、控制系统、进行叙述对挖掘机工作循环过程和工作性能进行分析与总结，对本挖掘机的重要工作装置如：铲斗、动臂、斗杆进行了三维模型的建立，总的来说：液压挖掘机工作装置是一个多学科交叉产生的组合体，各零部件只有在紧密协调的状态下才可以获得发挥出最有效的挖掘功能。3挖掘机工况分析及液压回路的设计3.1挖掘机液压系统的设计要求3.1.1动力要求动力要求在电机工作在未达到过负荷的条件下,充分利用电机的功率,提高了挖掘机的制造效率,特别是在电机负载发生变化的情况下。要求液压系统与柴油发动机的功率匹配良好,尽可能多地提高柴油发动机的输入和功率,例如在外部的负载相对较低时,提高柴油发动机的输入和功率流量及其执行传动机构的运转速度往往都是可取的,在双泵液压系统中,通常会采用组合和功率流量的方法来达到提高柴油发动机的工作能效。3.2.2操纵性要求挖掘机不同工况下作业，每个执行元件必须能在不影响其他部件的条件下独立完成动作，但只在现实工作环境下，每个部件要做到联合灵活动作。这时，怎么将这些部件在复杂的工作环境下整合在一起动作便尤为重要。多执行器协同工作时，不应相互干扰，通过协同工作，可以合理分布各执行机构的位置，实现理想的复合作用，特别是对于行走机构而言，行走马达的组合作用，也是设计的一个重要方面。挖掘机在运行过程中，由于液压泵供油，单侧行走马达转速下降，导致挖掘机出现意外偏转，容易造成事故。由于液压油首先供给低压执行机构，如何协调多执行机构的供油是一个难点。3.2液压回路的结构设计整机的液压原理图由设定的液压回路和动力源构成，在详细分析液压挖掘机在一个工作周期内的四种工况的基础上，即开挖、全斗提升、旋转、卸载和卸载回程，当回路相互配合时，消除不必要的元件但要特别留意各元件的联合动作，防止误操作，尽量减少能量损失，提高系统效率，便于系统维护和监控液压、必要的传感元件（如压力计）要在能反映特性的部位安装。大型装置的关键零部件均应固定在装置的主体部件上,以便发生重大事故时及快地进行更换,并且必须确保装置主体连续地运行。所有的液压元器件都应在尽量采用国家标准件,并按照国家标准法律规定的液压元器件功能标志符号在正常地点绘制。对于不同程度上自己设计的非标准件,可以考虑采用结构图。系统框图上应该清楚地标明每个液压传动器和执行单元的名字和操作、每个液压元件的编号和各种电磁铁的代码,以及各种液压电磁铁和换向阀的操作方式如图3-1所示,电磁铁的动作方式顺序如表3-1所示(在图中++表示各种电磁铁接通,-+则表示切断,空格表示各种接通与切断不受任何影响)。3-1液压原理图表3-1电磁铁动作顺序表工作名称YA1YA2YB1YB2YC1YC2GD1GD2YX1YX2ZX1ZX2HZ1HZ2铲斗缸伸出-+铲斗缸收缩+-斗杆缸伸出-+斗杆缸收缩+-动臂缸伸出-+动臂缸收缩+-高速行走++低速行走--前进-++-后退+--+左转弯-+-+右转弯+-+-工作装置顺转+-工作装置逆转-+3.3本章小结本章首先从挖掘机工作装置的四种工况下的各个部件的动作过程进行阐述，紧接着对挖掘机动力和操作中不同的工况下所需要的功率有所不同，因此在设计中需要对元件的运行速度需要调整然后对挖掘机在工作时的复合操作进行叙述最后在此基础上设计出本液压系统的基本原理图和电磁铁控制部分的动作顺序表。4液压系统参数的确定4.1液压系统参数确定挖掘机的三个重要参数分别是挖掘机的整体质量(以下简称装置重量)、装机驱动能力和铲斗容量(针对于变形工作设备装置使用相应的操纵能力)这几项，对于液压挖掘机的尺寸规模,在目前行业中并没有一致的答案，在2008年初在标准化技术修订委员会的报告会上第一次提议将总重6吨以下的设备标定为小型机,因此根据行业的需求共识和了解市场使用习惯,在这里提出以下的分类设计方案(请参见表4.1)。20世纪80年代的液压控制器型号被规定为以斗容1m2对应一台机重度为25t,往上向下都按一个系数。现如今与20世纪80年代相比已经有了很多变化,因此按照规格尺寸大小进行分类的概念也日趋淡薄。表4.1按整机重量、驱动功率、铲斗容量分类分类整机重量/t驱动功率/kw铲斗容量/m3小型机≤6t≤400.2~0.22中小型机≥6t且≤13t≥40且≤850.20~0.6中型机≥13t且≤50t≥85且≤2600.6~2.5大型机≥50t且≤100t≥250且≤4002.5~5.0超大型机≥100t≥350大于5.0由于本课题研究的为小型机在工作项目中的应用所以选取斗容量为0.21m3项目名称数值标准斗容量m30.21动臂长度mm3520斗杆长度mm1320摇杆长度mm320最大挖掘半径m6.7最大挖掘高度m7.8最大挖掘深度m6.6最大卸载高度m5.7铲斗容量m30.2主机长/宽度m0.47履带平均接地比压MPa0.36最大挖掘力KN135系统工作压力MPa25履带板宽度m0.6整机重量Kg5350铲斗液压缸推力KN320斗杆液压缸推力KN440动臂液压缸推力KN520行走速度km/h0~5.5回转速度r/min0~13.4执行元件是液压系统的输出部分，必须满足机器设备的运动功能、性能要求和结构、安装上的限制。根据所要求的负载运动形态，选用不同的执行元件配置，如下表4.2所示表4.2执行元件配置运动方式执行元件右行走左行走直性行走右液压马达左液压马达左液压马达+右液压马达工作装置动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸回转摆动液压马达4.2执行元件液压缸及系统压力的初选1液压缸参数的选择各个地区分句相似的情况各个地区土壤状态都千差万别,基至相同的地区不同的时间,或者相同时间地点不同深度的土壤状态也会发生改变。这就要求通过将土壤的种类和其性质等因素加以区分,针对不同的土质选择不同的开挖技术手段和开挖设备,以便能够达到大大降低建筑物的施工费用和缩短建筑物的施工周期。2009年,我国发布了关于土壤分类和代码编制的国家标准。但是,目前在建筑工程中使用土的分类技术方法还比较不统一。设计和使用挖掘机械时，需了解和掌握土壤的以下性质，在设计时查到IV级的土壤自然湿度下的容重为γ19500~20000N/m3选取最大值为γ=20000N/m3。每斗料的质量根据卸料斗的尺寸图按极限情况计算得V=0.21×120%=0.252m3（4.1）G=γ×V=0.252×20000=5040N（4.2）所挖斗料自重G与铲斗液压缸产生的推力F在卸料斗底板轴承铰接处转距平衡即F拉L1=GL2（4.3）F拉374.5=50401320得(KN)工作压力的选择关系到设计和系统的经济合理性，根据负载价值和参照在同型号挖掘机上，采用高压液压泵，双泵系统，初选工作压力为p=15.5MPa。如表4.3和2.4所示。表4.3负载和工作压力之间的关系负载F/KN＜1010-2070-140140-250＞250工作压力P/MPa0.8-1.21.5-2.510-1418-2132表4.4各类机械常用的系统工作压力设备类型精加工机床组合机床拉床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械工作压力P/Mpa0.8-23-55-101-1616-324.3计算工作装置液压缸的尺寸4.3.1液压油缸的缸径、杆径和流量确定液压缸压力损失p1=0.3MPa。液压缸回油背压p2=1.3 F=p−p1A−p2A0 F=15.5−0.3A−1×A1.65=14.59A 根据已有条件铲斗液压缸：F1则铲斗液压缸：DD1=167.15mm取液压缸系列值为1根据已有条件斗杆液压缸：F1则斗杆液压缸：DD2=196.00mm取液压缸系列值为根据已有条件动臂液压缸：F1则每个液压缸的受力：F3则动臂液压缸：DD3=150.67mm取液压缸系列值为系统由于是变量泵提供液压油，可以在低速运行状态下消除高峰负载下的力，查阅相类似的挖掘机额定载荷下动臂缸的伸出速度0.3m/s。斗杆缸0.35

m/s。铲斗液压缸取0.4m

s则有：Q=式中ηv—液压缸的容积效率一般取0铲斗液压缸所需流量：Q斗杆液压缸所需流量：Q单个动臂液压缸所需流量：Q4.3.2行走机构传动计算假设行走链轮节距x=185mm,齿数为z=23。在低速行驶时链轮转速为n=由于传动比为i=43则可以计算到液压行走马达转速：n左右履带对称安装两组行走马达，在低速大扭矩下行走，这时的牵引力可看作机重的80%则两边的履带的牵引力各为：F=作用在链轮上的扭矩为：M算式中D为链轮节圆直径(D=644.6mm)行走马达输出扭矩为：Mm算式中η为行走机械效率取η=0.85取行走马达的两腔压差为Δpm可得行走马达的排量为q算式中ηmm为行走马达的机械效率取此时左右为两个履带各安装两50mL/r的行走马达则需要的流量为：Qηmv为液压马达的容积效率ηmv在高速行驶时，可将牵引力看作机重的45%则两边的的牵引力各为：F=作用在链轮上的扭矩为：M算式中D为链轮节圆直径(D=644.6mm)行走马达输出扭矩为：M算式中η为行走机械效率取η=0.85取行走马达的两腔压差为Δpm可得行走马达的排量为：q算式中ηmm为行走马达的机械效率取左右两个履带各安装两个25mL/r的行走马达则需要的流量为：Qηmv为液压马达的容积效率ηmv所以单个液压马达在高速行驶时的排量为5mL/r时的流量为27.5L/min单个液压马达在低速行驶时的排量为50mL/r时的流量为55L/min4.3.3回转机构传动计算转台以上总的转动惯量为J=190000N∙m/s2回转角度加速度ⅆwdt则机械回转部位的惯性阻力矩为；M总的惯性阻力矩(包括摩擦阻力矩、回转风阻力矩和回转时坡度阻力矩)为：M2=38760则总力矩即为：M总=M1+根据转台的回转速度n=9.5r/min,机械回转机构减速装置传动比i=150可得回转马达的转速即为：nm'则回转马达的输出力矩即为：M此时液压缸的压力与行走马达的压力差都比回转马达的压力差大，取回转马达压力差Δpm=qηmm为回转马达的机械效率η则选取排量为280Ml/r的回转马达，这时回转马达的流量为：Q4.3.4缸筒壁厚计算查阅机械设计手册本液压缸中，3.2≤D/δ＜16，应使用中等壁厚计算，此时：δ=+Cψ：液压缸无缝钢管强度系Py:液压缸内最高工作压力。Py=10MpaD：缸筒内径[σ]=[σs]/2.5=175/2.5=70MPaδ=10×220/(2.3×60−3×10)+C=25mm故油缸缸筒外圆取D1=125mm.3缸筒强度校核根据缸体合成应力按下式计算：σzh1=≤[σ] 式中：[σ]=60MPaσz1σz1==22MPa σy1σP：工作压力，P=16MPaD：油缸缸径，D=Φ160mmd：油缸杆径，d=Φ90mmδ：缸筒壁厚，δ=13.5mm终计算：σzy1==53.2MPa<70MPa 即:σzy14活塞杆强度计算活塞杆危险截面在最小直径处即在螺纹退刀槽，则应力为：σn=≤[σ]（4.10）式中σ为拉应力：σ=(4.11)τ为剪应力：τ=(4.12)上面两公式中，K：螺纹预紧系数，此处取K=1.25K1:螺纹内摩擦系数,一般取K1=0.12d1：活塞杆危险截面处直径，d1=80mmd0：螺纹外径，d0=82mm[σ]：70MPa则：σ==38.4Mpaτ==25.9Mpa得:σn=64.3MPa所以:σn<[σ],符合工况要求。4.4液压系统液压泵和发动机的选择4.4.1液压泵的选择和参数计算1液压泵的工作压力的确定+（4.12)--液压缸最高工作压力--管道压力损失则取=1Mpa。2确定液压泵的流量本系统由于需要联动作，液压缸就需要同时跟着动作，而且系统使用经验公式，算的流量为≥(4.13)其中K-系统泄露系数，取K=1.2Tt-液压系统工作周期Vi-每个液压缸的工作周期中的总耗油z-液压缸的个数销锁油缸的最大流量(4.15)=6油缸的最大流量=6根据以上可知:=60大泵流量=小泵流量=泵排量q=0.9L/s按照泵的排量和、的值来选择液压泵3选择液压泵的规格依据本系统中所需的额定排量与流量以及所选柱塞泵的基础上，从机械设计手册第四卷中查表选取型号为90L250DCS00EBA的变量柱塞泵。4.4.2柴油发动机的选择液压缸在整个运动周期中，系统的压力和流量都在变化。为了满足整个工作循环的需要，发动机功率应按大功率范围来确定。如液压示意图所示，当系统在快速移动状态时两个柱塞泵都参与油液的供给，此时系统中的压力和所需的流量尤为重要，不能出现油液提供不足的情况。除了要提供必要的锁紧力外还要为液压缸提供足够的油液和压力经计算双泵的压力都取16MPa。取泵的总效率=0.8，泵的总驱动功率为：P==89KW(4.16)在考虑安全的情况下取大于89KW的柴油发动机;查《机械设计手册》查得柴油发动机的型号为6135K—16功率--106KW转速--2100r/min。变量泵的变量系数取2，则每一个泵：变量启始的压力为7MPa，输出流量取系统最大值为398.4L/min变量最大的压力为14MPa，输出流量取系统最大值为200L/min油箱容积取最大流量的1.25倍由此可得油箱容积V=1.25×2×398.4L=996L4.5液压阀的选择根据所选回路的作用中不同支路所需要到额定压力的不同选取不同开启压力的溢流阀，在系统中作为安全保护作用。液压泵旁边的溢流阀一般是系统中压力最大的阀，保护液压泵不应为压力过大使得损坏，在液压缸所在回路中的溢流阀起到保护液压缸和所在管路的安全运转，不应为挖掘机铲斗挖到巨石后过大的载荷使得液压缸回路中压力急剧升高损坏液压缸。在液压马达回路中的溢流阀同样起到安全保护的作用，当在遇到路况复杂多变的情况时可能会在挖掘过程中铲斗插入土壤后履带前进时提供挖掘力时履带受到较大阻力后卸荷保护液压马达不被损坏。液压回路中行走装置中液压马达与工作装置液压缸所需的压力和流量不同这时需要在行走液压马达回路中添加节流阀调节流量与压力防止液压马达的损坏。根据回路中各控制阀的工作性质不同，在行走液压马达回路中要提供高速行驶与低速两种档位的运行模式所以选择一个两位阀，使得在单个液压马达作用时高速行驶，双马达工作时低速大扭矩传动。换向阀采用M型三位四通电磁换向阀规格见表4.2。表4.2元件选择表序号代号名称及规格材料数量1996L油箱成品1290L250DCS00EBA变量泵成品23GLCW-55冷却器成品14S20P1.0单向阀成品105H060-012B5过滤器成品16万齐WQ-YLB压力计成品17F3-MVB15FLSWY-20-CCD-11-PRC液压马达成品58SPVM20A1GB12ATEX溢流阀成品139液压缸成品310MG15G/1.3节流阀成品6114WE10E3X/CG24NZ5L两位四通手动换向阀成品112力士乐REXROTH高压优先梭阀成品1134WE10T6/AG24Z5三位四通电磁换向阀成品61424ENH20BTZ两位四通电磁换向阀成品215FG/FCG带单向阀调速阀成品316Q11F-16P-25截止阀成品11722DYF3ME10BZ两位两通液动换向阀成品1主操作阀选择成4WE10T6/AG24Z5，最大流量230L/min，可实现工作装置的启闭，行走装置的启停和转向，回转装置的协调。4.6本章小结通过查询液压相关的手册对液压回路中的液压缸进行参数的确定，对行走装置中的排量等参数进行确定，计算回转机构所要的排量和流量进行确定，再根据算到的结果汇总选出液压系统中液压泵和柴油发动机进行参数的确定，最后对系统中出现的液压阀查手册进行规格代号的选择。5液压系统仿真分析本文在研究挖掘机在空载状态时按照设计的液压原理图在FluidSim4.2.中将所需要的铲斗液压缸的最大行程设置为512mm、液压缸内径设置为160mm、活塞杆直径90mm、内部泄露设置为0.5L/(min*MPa)(如图5-1所示)。如图5-1铲斗液压缸参数设置动臂液压缸的最大行程设置为667mm、液压缸内径设置为160mm、活塞杆直径80mm、内部泄露设置为0.5L/(min∗MPa)(如图5-2所示)。如图5-2动臂液压缸参数设置斗杆液压缸的最大行程设置为672mm、液压缸内径设置为160mm、活塞杆直径110mm、内部泄露设置为0.6L/(min∗MPa)(如图5-3所示)换向阀按照算到的数据设置完成。如图5-3斗杆液压缸参数设置5.1空载工况仿真分析铲斗在不受外部载荷时铲斗伸出位移与时间呈现线性上升关系，当换向阀在中位时液压缸曲线不再上升，这时再次改变液压油的流向铲斗活塞杆的位移与时间呈现线性下降曲线中蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线如图5-4。5-4铲斗空载仿真曲线斗杆在不受外部载荷时斗杆伸出位移与时间呈现线性上升关系，当换向阀在中位时液压缸曲线不再上升，这时再次改变液压油的流向铲斗活塞杆的位移与时间呈现线性下降曲线中蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线如图5-5。5-5斗杆空载仿真曲线动臂在不受外部载荷时动臂伸出位移与时间呈现线性上升关系，当换向阀在中位时液压缸曲线不再上升，这时再次改变液压油的流向铲斗活塞杆的位移与时间呈现线性下降曲线中蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线如图5-6。5.6动臂空载仿真曲线由此可见本挖掘机的工作装置在空载状态时可以满足设计要求的动作。5.2承载工况仿真分析根据前面设计时铲斗受到载荷最大为320KN,所以在液压缸的负载上加一变力，其最大值设置为320KN建立如图5-7所示的变力。此时接通换向得到如图5-8所示，在途中阀蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线，图中液压缸伸出时在受到最大的力时液压缸还可以继续伸出说明铲斗部分液压回路参数选取合理。5-7铲斗负载变力曲线5-7铲斗承载工况仿真斗杆受到载荷最大为440KN,所以在液压缸的负载上加一变力，其最大值设置为440KN建立如图5-9所示的变力。此时接通换向得到如图5-10所示，在图中阀蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线，图中液压缸伸出时在受到最大的力时液压缸还可以继续伸出说明斗杆部分液压回路参数选取合理。5-9斗杆负载变力曲线5-10铲斗承载工况仿真动臂受到载荷最大为520KN,所以在液压缸的负载上加一变力，其最大值设置为520KN建立如图5-11所示的变力。此时接通换向得到如图5-12所示，在图中阀蔚蓝色为位移-时间曲线，绿色为负载-时间曲线，图中液压缸伸出时在受到最大的力时液压缸还可以继续伸出说明动臂部分液压回路参数选取合理。5-11动臂负载变力曲线5-12动臂承载工况仿真5.3本章小结本章完成了对挖掘机液压系统空载状态和承载状态下铲斗油缸、斗杆油缸、动臂油缸进行仿真分析得到性能曲线为挖掘机液压系统的设计提供理论依据，在空载状态和承载状态下液压缸都可以正常收放得出本液压系统设计合理。结论本课题——挖掘机液压系统设计与仿真分析，虽说结构设计不太复杂，但因为这次的设计实践，自认为还有